Организм как дискретная самовоспроизводящаяся структура, связанная обменными процессами со средой

1.     Организм как дискретная самовоспроизводящаяся структура, связанная обменными процессами со средой

Все живые организмы, обитающие на Земле, представляют собой дискретные самовоспроизводящиеся открытые системы, зависящие от поступления вещества и энергии извне. Процесс потребления вещества и энергии называется питанием. Химические вещества необходимы для построения тела, энергия – для осуществления процессов жизнедеятельности.

Дискретность является всеобщим свойством материи вообще. Любая, в том числе биологическая, система состоит из отдельных, но, тем не менее, взаимодействующих частей, которые образуют структурно-функциональное единство. Живое существо, организм существует всегда дискретно, т.е. в форме обособленных друг от друга тел; они характеризуются трехмерной структурой, которая специфична для каждого вида. Именно по характеру этой структуры можно отличить, например, льва от собаки.

Совершенно очевидно, что без активных связей со средой обитания (окружающей средой) в виде обмена веществ, получения энергии от источников и информации самовоспроизводства организмов не происходило бы вообще. Например, автотрофные организмы способны полностью самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических молекул, потребляемых из внешней среды. Гетеротрофные организмы строят собственные органические вещества из органических компонентов пищи, при этом гетеротрофная ассимиляция сводится, по существу, к перестройке молекул, составляющих компоненты пищи.

По сходству и родству живые организмы делят следующим образом. Разделяют неклеточные организмы и клеточные организмы. Доклеточные включают одно царство – вирусы. Клеточные включают два надцарства: прокариоты (или доядерные) и эукариоты (или ядерные). Первое включает одно царство – дробянки (три подцарства: бактерии, архебактерии и цианобактерии, или синезеленые водоросли). Второе объединяет три царства: животные (два подцарства: простейшие, или одноклеточные, и многоклеточные), растения (три подцарства: настоящие водоросли, багрянковые и высшие растения) и грибы (два подцарства: низшие грибы и высшие грибы).

Для большинства организмов, живущих на Земле, главный источник энергии – Солнце: видимые лучи –- основной источник жизни на Земле, дающий энергию для фотосинтеза; инфракрасные лучи – основной источник тепловой энергии, необходимой для многих организмов; ультрафиолетовые лучи в небольших дозах необходимы живым организмам как источник энергии для стимуляции роста и развития клеток, для синтеза витамина D и т.д.

Организмы могут использовать два источника тепловой энергии:

- внешний – тепловая энергия Солнца или внутреннее тепло Земли;

- внутренний – тепло, выделяемое при обмене веществ в самом организме.

По источнику энергии живые организмы делятся на:

- фототрофы - используют световую энергию (энергию солнечного излучения);

- хемотрофы – химическую энергию, которая выделяется при окислении химических соединений (внутри организма).

2. Типы взаимодействия между особями разных видов

Теоретически взаимодействие популяций двух видов можно выразить в виде следующих комбинаций символов: 00, --, ++, +0, -0, +-. Выделяют 9 типов наиболее важных взаимодействий:

-   Нейтрализм (00)- ассоциация двух видов популяций не сказывается ни на одном из них;

-   Взаимное конкурентное подавление (--) – обе популяции взаимно подавляют друг друга;

-   Конкуренция из-за ресурсов (--) – каждая популяция неблагоприятно воздействует на другую при недостатке пищевых ресурсов;

-   Аменсализм (-0) – одна популяция подавляет другую, но сама при этом не испытывает отрицательного влияния;

-   Паразитизм (+ - ) –популяция паразита наносит вред популяции хозяина;

-   Хищничество (+ -) – одна популяция неблагоприятно воздействует на другую в результате прямого нападения, но зависит от другой;

-   Комменсализм (+0) – одна популяция извлекает пользу от объединения с другой, а другой популяции это объединение безразлично;

-   Протокооперация (+ +) –обе популяции получают пользу от объединения;

-   Мутуализм (+ +) – связь благоприятна для роста и выживания отдельных популяций, причём в естественных условиях ни одна из них не может существовать без другой.

Тип взаимодействия определённой пары видов может изменяться в зависимости от условий или от последовательных стадий их жизненных циклов. Иногда отношения двух видов можно охарактеризовать как паразиты, иногда – как комменсализм, а иногда они могут быть нейтральными. Типы взаимодействия двух видов представлены в таблице (Таблица 1).

Девять описанных видов взаимодействий можно свести к двум более обобщенным типам – отрицательным и положительным. В зависимости от состояния экосистемы к ней может быть, применим один из следующих принципов:

1) В ходе эволюции и развития экосистемы существует тенденция к уменьшению роли отрицательных взаимодействий за счёт положительных, увеличивающих выживание обоих видов.

2)     В недавно сформировавшихся или новых ассоциациях вероятность возникновения сильных отрицательных взаимодействий больше, чем  в старых.

  Наиболее распространен такой тип взаимодействия популяций, при котором одна  популяция влияет на скорость роста и смертность другой. Члены одной популяции могут поедать других, конкурировать с ними за пищу, выделять вредные продукты или еще каким-либо образом оказывать влияние на другую популяцию.

Взаимодействие  популяций  может  быть  взаимно  полезным,  полезным  для  одной  из  них  и  безразличным  для  другой.

Более того, взаимоотношения могут меняться, они не заданы раз и навсегда.

Таблица 1. Взаимодействие между видами.

3.     Круговорот углерода и кислорода в биосфере

Самый интенсивный биогеохимический цикл – круговорот углерода. В природе углерод существует в двух основных формах – в карбонатах (известняках) и углекислом газе. Содержание последнего в 50 раз больше, чем в атмосфере. Углерод участвует в образовании углеводов, жиров, белков и нуклеиновых кислот.

Основная масса аккумулирована в карбонатах на дне океана (1016 т), в кристаллических породах (1016 т), каменном угле и нефти (1016 т) и участвует в большом цикле круговорота.

Основное звено большого круговорота углерода – взаимосвязь процессов фотосинтеза и аэробного дыхания (Таблица 2).

Другое звено большого цикла круговорота углерода представляет собой анаэробное дыхание (без доступа кислорода); различные виды анаэробных бактерий преобразуют органические соединения в метан и другие вещества (например, в болотных экосистемах, на свалках отходов).

В малом цикле круговорота участвует углерод, содержащийся в растительных тканях (около 1011 т) и тканях животных (около 109 т).

Более подробная схема круговорота представлена на Таблице 3.

Таблица 2. Круговорот углерода в процессах фотосинтеза и аэробного дыхания.

                                                                                                                                         Тепло

                                                       Сжигание и                  Тепло

выветривание             

Таблица 3. Круговорот углерода.

                                                                 Растворяется

                                                                    в дождевой

                                                                          воде

В количественном отношении главной составляющей живой материи является кислород, круговорот которого осложнён его способностью вступать в различные химические реакции, главным образом реакции окисления. В результате возникает множество локальных циклов, происходящих между атмосферой, гидросферой и литосферой.

Кислород, содержащийся в атмосфере и в поверхностных минералах (осадочные кальциты, железные руды), имеет биогенное происхождение и должно рассматриваться как продукт фотосинтеза. Этот процесс противоположен процессу потребления кислорода при дыхании, который сопровождается разрушением органических молекул, взаимодействием кислорода с водородом (отщеплённым от субстрата) и образованием воды. В некотором отношении круговорот кислорода напоминает обратный круговорот углекислого газа. В основном он происходит между атмосферой и живыми организмами.

Потребление атмосферного кислорода и его возмещение растениями в процессе фотосинтеза осуществляется довольно быстро. Расчёты показывают, что для полного обновления всего атмосферного кислорода требуется около двух тысяч лет. С другой стороны, для того, чтобы все молекулы воды гидросферы были подвергнуты фотолизу и вновь синтезированы живыми организмами, необходимо два миллиона лет. Большая часть кислорода, вырабатываемого в течение геологических эпох, не оставалась в атмосфере, а фиксировалась литосферой в виде карбонатов, сульфатов, оксидов железа, и её масса составляет 5,9*1016 т. Масса кислорода, циркулирующего в биосфере в виде газа или сульфатов, растворённых в океанических и континентальных водах, в несколько раз меньше (0,4*1016 т).

Отметим, что, начиная с определённой концентрации, кислород очень токсичен для клеток и тканей (даже у аэробных организмов). А живой анаэробный организм не может выдержать (это было доказано ещё в прошлом веке Л. Пастером) концентрацию кислорода, превышающую атмосферную на 1%.

4. Особенности охраны растительного и животного мира в Одинцовском районе Московской области.

Одинцовский район является одним из ведущих районов Подмосковья по основным показателям социально-экономического развития.

С января 2003 года в Одинцовском районе идет обсуждение перспектив развития нашего края, планов на будущее. С этой целью администрация Одинцовского района организовала проведения инновационных семинаров, в которых приняли участие представители самых разных возрастов и профессий, всего около 700 человек.

В результате появилось множество идей, предложений, проектов по развитию Одинцовского района как Экополиса. Они стали основой для разработки проекта Концепции «Экополис Одинцовский».